水分迁移及微生物对松籽肽粉贮藏过程中品质的影响及作用机理探究

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松籽蛋白是生物活性肽的优质来源,由松籽开发生物活性肽是增长松籽精深加工价值链和产业链的有效手段,松籽肽粉作为一种具有抗氧化功能的原料,有着广阔的应用前景,但在贮藏过程中会出现吸湿、发黏、液化并产生恶劣气味等现象,严重影响其保藏性能。肽粉发生水分迁移后,最明显的一种现象就是产生了强烈的异味,如果能够确定其潜在的劣变指示挥发性化合物,就能更好地控制贮藏期间肽粉的质量。因此,本文首先确定了影响松籽肽粉质量的关键因素,然后探究了关键影响因素导致肽粉发生劣变的机理,最终确定了指示挥发性化合物,以指导终端产品的生产和贮藏。本文研究内容及结果如下:(1)对松籽肽的抗氧化活性进行了评价。制备3-10 k Da松籽肽(PNP),采用G-25交联葡聚糖排阻色谱法结合高效液相色谱及串联质谱联用(HPLC-MS/MS)技术分离和纯化松籽蛋白肽并进行结构鉴定。以DPPH自由基清除率、ABTS自由基清除率和FRAP检测为指标评价松籽肽序列的抗氧化活性;结合细胞毒性实验和细胞抗氧化活性实验,从细胞水平评价肽序列的抗氧化活性。实验结果表明,PNP具有良好的抗氧化活性,从中分离鉴定出两条新型抗氧化肽序列KWFCT和Ac-QWFCT,其中KWFCT具有高于Ac-QWFCT的DPPH自由基清除活性(67.43%±1.33%)和FRAP值(67.86±1.03 m M Fe2+/mg)。此外,Ac-QWFCT具有较高的ABTS自由基抑制活性,清除率为74.90%±1.19%。KWFCT和Ac-QWFCT在100μg/m L~2 mg/m L浓度下对Hep G2细胞无杀伤作用,且在细胞水平有良好的抗氧化活性,CAA值分别为612.80μM QE/100 g和916.30μM QE/100 g。(2)初步探究PNP肽粉在贮藏过程中的动态变化并确定可能的劣变影响因素。将肽粉贮藏在75%相对湿度(RH)和25℃的极端条件下进行加速试验,以DPPH自由基清除率为指标,结合傅里叶红外光谱(FT-MIR)技术、冷场发射扫描电子显微镜(SEM)和固相微萃取气质联用(SPME-GC/MS)等手段探究肽粉在贮藏过程中的动态变化。结果表明,贮藏过程中肽粉DPPH自由基清除能力逐渐下降(76.91%±0.49%下降至40.50%±0.84%);肽粉的表面结构没有发生变化,但颗粒的形态和大小发生了改变;肽粉在贮藏过程中产生了新的特征挥发性化合物,表明发生了美拉德反应、微生物发酵和缓慢氧化等化学反应,结合内标法半定量定量分析、聚类分析以及主成分分析得出结论,贮藏对PNP肽粉挥发性化合物影响显著,并推测出了2-乙基己酯和吡嗪的形成途径。此外,研究发现,肽粉在贮藏15天后发生水分迁移现象,且微生物种类有差异,研究表明,水分迁移和微生物对PNP肽粉的贮藏有影响,且水分迁移也会影响微生物菌群。(3)探究PNP肽粉在贮藏过程中底物的动态变化并确定肽粉劣变关键影响因素。通过设定四种对比条件,正常加速吸湿(Normal)、控制水分迁移(CW)、控制微生物(CM)、对照组(Control)来分别考虑水分迁移和微生物对肽粉贮藏过程中活性及底物结构的影响。采用电子顺磁共振波谱仪(EPR)追踪肽粉抗氧化活性动态变化;结合X衍射光谱,圆二色谱,荧光光谱,紫外可见光谱和氨基酸分析技术解析肽粉底物结构动态变化,从而确定肽粉劣变关键影响因素。结果表明,DPPH自由基清除率在贮藏过程中呈下降趋势,下降程度由高到低的贮藏条件次序为Normal组>CM组>CW组>Control组;·OH自由基个数呈增长趋势,增长程度由高到低的次序为Normal组>CW组>CM组>Control组。在不同贮藏条件下,肽粉出现了新的衍射峰,表明水分迁移和微生物对肽粉结晶度有一定影响;微生物对肽粉的二级结构、荧光强度和紫外吸收光谱的影响不显著,但水分迁移可导致β-折叠含量显著升高(43.47%±0.21%),无规则卷曲结构含量降低(56.53%±0.2%),且荧光强度和紫外吸收强度也随着贮藏时间的增加而逐步降低,结果表明,水分迁移导致肽粉发生了降色效应且构象发生改变。微生物对肽粉含硫氨基酸和芳香族氨基酸含量的影响不显著,而水分迁移可使含硫氨基酸含量显著上升;使芳香族氨基酸的含量显著下降。研究显示,肽粉在贮藏过程中底物结构会发生改变,且水分迁移的影响要大于微生物的影响。(4)探究PNP肽粉在贮藏过程中的水分迁移规律及水分迁移对挥发性化合物指纹图谱的影响。采用低场核磁共振(LF-NMR)技术对比研究在20%RH和75%RH条件下贮藏的PNP肽粉水分迁移规律,并结合顶空-气相色谱-离子迁移谱(HS-GC-IMS)技术构建肽粉贮藏过程中的挥发性化合物指纹图谱;通过Pearson相关性分析和单因素分析确定水分迁移影响肽粉质量的指示挥发性化合物。结果表明,肽粉在75%RH贮藏过程中有明显的水分向外迁移现象,随着贮藏时间的增加,结合水逐渐转化为固定化水,固定水同时转化为自由水。而在20%RH贮藏条件下,并没有发生水分迁移现象;根据构建的肽粉挥发性化合物指纹图谱,可初步鉴定出72种物质,其中水分迁移产生的特征挥发性化合物有39种(包括单体和二聚体)。通过Pearson相关分析得出相关热图和矩阵,整理出18种与T2b和T23呈高度正相关的挥发性化合物;结合FC分析和t检验分析,结果表明2,5-二甲基吡嗪-M是最佳水分迁移指示挥发性化合物。为了提高检测的准确性,一共有14个物质可以作为水分迁移指示挥发性化合物,它们是2,5-二甲基吡嗪(M&D),呋喃甲醛,3-甲基-3-丁烯-1-醇,丙二醇,噻唑,2-环己烯-1-酮,丙酸,2-庚酮-M,戊醇,2-甲基丁醛,2-丁酮-M,苯甲醛(M&D),异戊醛-M,乙酸丙酯。(5)探究PNP肽粉贮藏过程中与环境水分子的自平衡规律并揭示吸附解吸机理。采用动态水分吸附系统(DVS)得到了水分吸附等温线,通过计算吸附特性及吸附-解吸动力学参数构建了吸附-解吸模型,进而研究了PNP肽粉分子与环境水分子的自平衡规律;结合原子力显微镜(AFM)测定肽粉的表面形貌;测定游离巯基和总巯基含量,以评估肽粉的劣变程度。结果表明,原样肽粉的吸附曲线低于解吸曲线,7.80%的水分被肽粉以化学结合的方式约束;而贮藏90天的肽粉,其解吸曲线低于吸附曲线。此外,肽粉的优化吸附模型在贮藏90天后由Henderson模型变为Oswin模型,而优化解吸模型则由Halsey模型变为GAB模型;真空冷冻干燥技术可以恢复吸附和解吸模型,但拟合效果降低,这表明肽粉在贮藏过程中发生了不可逆转的结构变化。贮藏过程中肽粉表面形貌发生改变,水分与肽粉发生粘结,且硫醇含量的增加促进了异味物质的产生。(6)探究PNP肽粉在贮藏过程中的优势腐败菌以及微生物对挥发性指纹图谱的影响,并研究水分迁移对微生物的影响。采用HS-GC-IMS技术构建有无微生物对比贮藏条件下的PNP肽粉挥发性化合物的指纹图谱,确定微生物指示挥发性化合物,并通过16S r DNA扩增子测序技术,结合OTU集群分析、物种注释以及Alpha和Beta多样性分析方法探究了肽粉在贮藏过程中的优势腐败微生物及水分迁移对微生物菌群的影响。结果表明,在属水平上,微小杆菌Exiguobacterium为肽粉贮藏过程中的优势菌群且含量稳定,其次为Unidentified_Chloroplast,且含量在贮藏过程中升高;在门水平上,厚壁菌门Firmicutes是肽粉贮藏过程中的优势菌门,蓝藻菌Cyanobacteria和变形菌门Proteobacteria次之。根据构建的肽粉挥发性化合物指纹图谱,可初步鉴定出30种物质,其中有7种微生物特征挥发性化合物。Pearson相关性分析结果表明,特征挥发性化合物的强度与unidentified_Chloroplast的相对丰度呈正相关,因此Peak 17(Rt,247.845;Dt,0.967),Peak 18(Rt,218.205;Dt,1.336),Peak 19(Rt,218.010;Dt,1.23),Peak 20(Rt,187.59;Dt,1.266),呋喃甲醛,2-甲基丁醛(M&D),己醛(M&D)可以作为微生物指示挥发性化合物。根据OTU集群分析、物种注释以及Alpha和Beta多样性分析结果得出,水分迁移对微生物的种类并没有重大影响,但是水分迁移可促进优势腐败菌蓝藻菌Cyanobacteria和变形菌门Proteobacteria的生长,从而促进异味物质的生成。
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